第十九章 糖酵解

（2）丙酮酸 乙醇（酒精发酵）
• 在酵母作用下，糖可以转变成乙醇，这是酿酒和发酵 法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。 • 酵母中含有多种酶系，可以催化不同的反应过程。生 醇发酵的化学反应中，从葡萄糖到丙酮酸这一段反应 与葡萄糖的酵解完全相同。生成的丙酮酸在酵母催化 下，脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被NADH还 原成乙醇。乙醇在人体及动物体中可以氧化成乙醛， 再转变成乙酰CoA进入三羧酸循环氧化。
半乳糖：需要UDPG的参与转化葡萄糖
1分子ATP，否则白内障，智力迟缓等
甘露糖：2分子ATP
磷酸甘露糖异构酶转化成磷酸果糖
思考与练习 1、人血浆中的葡萄糖大约维持在5mM。而在肌肉细胞中的游离葡 萄糖浓度要低得多。细胞内的葡萄糖浓度为什么如此之低？临床 上常用静脉注射葡萄糖来补充病人食物来源，由于葡萄糖转换为 葡萄糖-6-磷酸要消耗ATP的，那么临床上却不能直接静脉注射葡 萄糖-6-磷酸呢？ 2、 把C-1位用14C标记的葡萄糖与能进行糖酵解的无细胞提取 物共同温育，标记物出现在丙酮酸的什么位置？ 3、 增加以下各种代谢物的浓度对糖酵解有什么影响？ （a）葡萄糖-6-磷酸 （b） 果糖-1.6-二磷酸 （C） 柠檬酸 （d） 果糖-2.6-二磷酸 4、 在严格的厌氧条件下酒精发酵过程中，使用放射性标记的 碳源进行示踪原子实验。 （a）如果葡萄糖的第1个碳用14C标记，那么14C将出现在产物乙 醇的哪个位置上？ （b）在起始的葡萄糖分子的哪个位置上标记14C ，才能使乙醇 发酵释放出的二氧化碳都是14C标记的14CO2。
三、糖酵解的生理意义
1. 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解 供能的补充途径。 2. 在有氧条件下，作为某些组织细胞 主要的供能途径。 3.提供生物合成的碳骨架
小结
无氧酵解的全部反应过程在胞液 (cytoplasm)中进行，代谢的终产物为 乳酸(lactate)，一分子葡萄糖经无氧 酵解可净生成两分子ATP。 无氧酵解的反应过程可分为活化、裂 解、放能和还原四个阶段。
(4)
醛缩酶
(5) 磷酸丙糖异构酶
（3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸
O COPO3H2 CHOH CH2OPO3H2 1,3-二磷酸甘油酸 NADH + H+ NAD
+
O 磷酸甘油酸激酶 Mg ADP A TP 磷酸甘油酸变位酶 O COH CHOH CH2OPO3H2 3-磷酸甘油酸
b
1
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖 果糖
6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛
2 3
磷酸二羟丙酮
丙酮酸
3-磷酸甘油酸磷酸
3-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
4
2-磷酸甘油酸
糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮 酸，共消耗了2个ATP，产生了4 个 ATP，实际上净生成了2个ATP，同时 产生2个NADH 底物水平磷酸化：DPGA或者PEP的 高能磷酸键转移给ADP 形成ATP
由磷酸果糖 激酶II催化
3. 丙酮酸激酶：
ATP 丙氨酸(肝)
1,6-二磷酸果糖
丙酮酸激酶
+
活性形式：去 磷酸化，Glc 的减少会导致 磷酸化出现， 血糖平衡
pyruvate kinase
己糖激酶和丙糖磷酸异构酶对底物的诱 导契合，避开了不需要的副反应，提高 效率。 丙糖磷酸异构酶的催化效率是最完善的 典型。瞬间碰撞即完成反应 DPAG的高能磷酸键可被砷酸盐破坏，并 使氧化与磷酸化解偶连。酵解继续进行， 无高能磷酸键。
CHO CHOH
COH CHOPO3H2 CH2OH 2-磷酸甘油酸
CH2OPO3H2 3－磷酸甘油醛
NAD++Pi
NADH+H+
(6)
3-磷酸甘油醛 脱氢酶 ADP (7) 磷酸甘油酸 激酶
ATP
(8) 磷酸甘油酸变位酶
（4）第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮酸
O COH C OPO3H2 CH2 磷 烯 式 酮 酸 醇 丙 酸 Mg
2+
O 丙 酸 酶 酮 激 ADP Mg
2+
COH CHOH A TP CH2 烯 式 酮 醇 丙 酸
烯 化 醇 酶
O COH CHOPO3H2 CH2OH 2 -磷 甘 酸 酸 油 COOH C O CH3 丙 酸 酮
⑼
H2O
烯醇化酶
ADP ⑽ 丙酮酸激酶
*
ATP
⑾ 自发
糖酵解过程
糖原 a 1-磷酸葡萄糖
1.糖酵解——丙酮酸
2.丙酮酸的去路
糖酵解过程
糖原 a 1-磷酸葡萄糖
b
1
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖 果糖
6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛
2 3
磷酸二羟丙酮
丙酮酸
3-磷酸甘油酸磷酸
3-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
4
2-磷酸甘油酸
前奏 a
CH2OH H O H OH H O OH H OH H CH2OH O H OH H O H OH H CH2OH O H OH H O
一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变 的磷酸丙糖（triose phosphate)，包 括两步反应： ⑷ F-1,6-BP 裂 解 为 3- 磷 酸 甘 油 醛 (glyceraldehyde-3-phosphate) 和 磷 酸 二 羟 丙 酮 (dihydroxyacetone phosphate)； ⑸ 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。
葡萄糖的分解代谢
葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发 生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进 行： （1）糖酵解：葡萄糖 丙酮酸。此反应 过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。 （2）三羧酸循环：丙酮酸 CO2 + H2O 。 由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸 的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或 柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终 受氢体，所以又称为有氧分解。
丙酮酸脱羧酶 醇脱氢酶 CH3CCOOH CH3CHO CH3CH2OH + NAD NADH TTP CO2 O
（3）丙酮酸 乙酸和丁酸
• 丙酮酸氧化脱羧产生的乙酰CoA可以与磷酸作 用，生成乙酰磷酸，再在乙酸激酶催化下产生 乙酸。 O
CH3CCOOH O CH3C O CH3CCH2COOH SCoA O CH3C
糖 酵 解 途 径
无氧条件下丙酮酸发酵 （乳酸、酒精等） 有氧：三羧酸循环
丙酮酸的其它代谢途径
• 丙酮酸除了脱羧生成乙酰CoA进入三羧酸 循环氧化外，也可以有其它的代谢途径。 在不同条件下，丙酮酸可以被转化成乳 酸、乙醇、乙酸、丁酸和丙酮等。工业 上常利用微生物发酵方法生产这些化合 物。
乙醇
己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂
G-6-P，ATP （无镁离子）
己糖激酶 hexokinase
长链脂酰CoA
葡萄糖激酶 glucokinase
受限速酶的制约：F6P——G6P
• 2. 磷酸果糖激酶：PFK • 磷酸果糖激酶糖酵解代谢的关键酶、限 速酶。主要因素。
6-磷酸 ATP AMP 果糖导 柠檬酸（合成前体） 2,6-双磷酸果糖 致2， + 6-二磷 酸果糖 的生成： 磷酸果糖激酶 前馈刺 phosphofructokinase 激
（2）第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
CH2OPO3H2 C O H2O3PO CH2 O H CH2OPO3H2 OH OH OH H 1,6-二磷酸果糖 醛缩酶 CH2OH 磷酸二羟丙酮 磷酸丙糖异构酶 CHO CHOH CH2OPO3H2 3－磷酸甘油醛 4％ 96％
裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成：
⑴ 葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(gl ⑵ G-6-P异构为6-磷酸果糖（fructose-6-phosp
⑶ F-6-P再磷酸化为 1,6-双磷酸果糖(fructose-
肝脏特有
ATP (1) ADP 己糖激酶/葡萄糖激酶
*
(2)
磷酸己糖异构酶
* 磷酸果糖激酶-1
(3) ATP ADP
HO CH2 O H
磷酸果糖激酶 ADP
•
ATP CH2OH H O H OH H OH OH H OH 葡萄糖
H2O3PO CH2 O H
CH2OPO3H2 OH OH
OH H 1,6-二磷酸果糖
活化(activation)——己糖磷酸 酯的生成：
活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异 构反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP， FDP)的反应过程。该过程共由三步 化学反应组成。
第22章 糖酵解作用（glycolysis）
六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的丙酮酸， 一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。 净得两个ATP，同时还产生NADH。 但是要解决NADH变回到NAD＋问题。 在细胞质中进行，动物、植物和微生物共同。是
葡萄糖氧化分解的最初历程。
1．糖酵解
糖酵解在细胞胞液中进行（无氧条件），是葡萄 糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP 的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖 分解的共同代谢途径。 三羧酸循环在线粒体中进行（有氧条件）。在有 氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经 三羧酸循环被氧化成CO2和H2O。酵解过程中产生的 NADH，则经呼吸链氧化产生ATP和H2O。 所以，糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。 如果供氧不足，NADH不进入呼吸链，而是把丙酮 酸还原成乳酸。
二、糖的分解代谢
生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径： 1. 无O2情况下，葡萄糖（G）→丙酮酸（Pyr） → 乳酸（Lac） 2. 有O2情况下，G → CO2 + H2O（经三羧酸 循环） 3. 有O2情况下，G → CO2 + H2O（经磷酸戊糖 途径）
糖酵解亦称EMP pathway，以纪念Embden， Mayerholf 和Parnas。
ATP (1)
己糖激酶/葡萄糖激酶
*
ADP
(2)
磷酸己糖异构酶
* 磷酸果糖激酶-1
(3)
ATP
ADP
(4)
醛缩酶
(5) 磷酸丙糖异构酶
NAD++Pi
NADH+H+
(6)
3-磷酸甘油醛 脱氢酶 ADP (7) 磷酸甘油酸 激酶
ATP
(8) 磷酸甘油酸变位酶
⑼
H2O
烯醇化酶
ADP ⑽ 丙酮酸激酶
OH H
CH2OH H O H OH H O OH P H
CH2OH O H OH H O OH H
CH2OH O H OH H O H OH
OH H
OH H
细胞内糖 原在磷酸 化酶和脱 枝酶催化 下形成1磷酸葡萄 糖
前奏 b
CH2OH H O H OH H OPO3H2 OH CH2OPO3H2 H O H OH H OH H OH OH
2+ PO3
乙酸激酶 CH3COOH ATP
磷 乙 转 酶 酸 酰 移
ADP
OH CH3CHCH2COOH CH3CH2CH2COOH
二、糖酵解的调节
糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种 变构剂对三个关键酶进行变构调节 不可逆
1. 己糖激酶或葡萄糖激酶： 葡萄糖激酶是肝脏调节葡萄糖吸收的 主要的关键酶。
*
ATP
⑾ 自发
4．还原(reduction)——乳酸的生成：
• 利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH，使NADH重新氧化为NAD+ ，以确保 反应的继续进行。
NADH+H+ ⑿ NAD+
乳酸脱氢酶
四、其他六碳糖进入酵解途径
果糖：相似途径，2分子ATP 不同点：1-磷酸果糖在B型醛缩酶下裂解，果糖不耐症
乳酸
糖的无氧酵解
-2（2H）
C6H12O6
2CH3COCOOH
-2CO2
+2(2H)
2CH3CH(OH)COOH
2CH3CHO
糖酵解 Glycolysis
2CH3CH2OH
生醇发酵
Fermentation
Байду номын сангаас
（1）丙酮酸 乳酸（乳酸发酵）
• 在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被NADH还原成 乳酸： 乳酸脱氢酶 • 丙酮酸 + NADH L-乳酸 + NAD+ • 催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。在供氧不足时，人体的 大多数组织都能通过糖酵解途径生成乳酸。人在激烈运 动时，肌肉细胞中乳酸含量增高，会产生酸疼感。 • 乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙 酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。 肌肉中的乳酸可以被氧化，为肌肉运动提供能量。
OH H
该反应由磷酸葡萄糖异构酶催化
（1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二 磷酸果糖
•
CH2OPO3H2 H O H OH H OH OH H OH 6－磷酸葡萄糖 ADP Mg 己糖磷酸激酶 Mg H2O3PO CH2 O 磷酸己糖异构酶 H CH2OH OH OH OH H 6-磷酸果糖 ATP 己糖激酶 ADP Mg ATP CH2OH OH OH OH H 果糖